Análisis y modelación de patrones y procesos de cambio

Por Jean-François Mas

La presente compilación tiene como cuna el Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental (CIGA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). El proyecto de investigación que dio origen a esta obra y que se desarrolló en la magna casa de estudios previamente mencionada contó con la colaboración de diferentes instituciones mexicanas, como el Colegio de la Frontera Sur - Unidad Chetumal, la Escuela Nacional de Estudios Superiores - Unidad Morelia, el Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, y la Universidad Autónoma de Campeche; de igual forma, también se contó con el apoyo de la Universidade Federal de Minas Gerais (Brasil), la Universidade Estadual de Feira de Santana (Brasil), la Universidad de Granada (España), la Université Jean Jaurès (Francia) y la Clark University.
En esta obra, se abordan varios aspectos de la modelación espacial para el análisis de procesos medioambientales.

• Idioma: Español
• Editorial: UNAM, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental
• Fecha de lanzamiento: 1 mar 2023
• ISBN: 9786073001182

Vista previa del libro

Análisis y modelación de patrones y procesos de cambio

Jean-François Mas (compilador)

Mas, Jean-François (compilador). 2017. Análisis y modelación de patrones y procesos de cambio, Morelia, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental: UNAM, 265 pp.

La presente publicación contó con dictámenes de expertos externos de acuerdo a las normas editoriales del CIGA - UNAM. Para su publicación recibió apoyo financiero del Fondo Sectorial de Investigación para la Educación SEP - CONACYT (Proyecto número 178816 «¿Puede la modelación espacial ayudarnos a entender los procesos de cambio de cobertura/uso del suelo y de degradación ambiental?»).

Primera edición, septiembre del 2017

D.R. © 2017, Universidad Nacional Autónoma de México Ciudad Universitaria 3000, Delegación Coyoacán, C. P. 04510, Ciudad de México www.unam.mx

Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental ( CIGA - UNAM ) Antigua carretera a Pátzcuaro 8701, Col. Exhacienda de San José de la Huerta, C. P. 58190, Morelia, Michoacán, México www.ciga.unam.mx

Compilador: Jean-François Mas

Desarrollo de EPUB: Nieve de Chamoy

ISBN: 978-607-30-0118-2

Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, sin la autorización escrita de la entidad editora. Este libro se distribuye gratuitamente en versión PDF. Disponible en la sección editorial de la página del CIGA: www.ciga.unam.mx/publicaciones

Hecho en México

Prefacio

La presente compilación tiene como cuna el Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental (CIGA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). El proyecto de investigación que dio origen a esta obra y que se desarrolló en la magna casa de estudios previamente mencionada contó con la colaboración de diferentes instituciones mexicanas, como el Colegio de la Frontera Sur - Unidad Chetumal, la Escuela Nacional de Estudios Superiores - Unidad Morelia, el Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, y la Universidad Autónoma de Campeche; de igual forma, también se contó con el apoyo de la Universidade Federal de Minas Gerais (Brasil), la Universidade Estadual de Feira de Santana (Brasil), la Universidad de Granada (España), la Université Jean Jaurès (Francia) y la Clark University (EU).

Algunos capítulos fueron presentados en un taller que tomó lugar a principios del mes de abril de 2017 en las instalaciones de la UNAM Campus Morelia. Tanto el taller como el libro fueron pensados como un foro de presentación de resultados de investigación para la generación de perspectivas novedosas y originales acerca de los problemas de cambio ambiental que enfrentan los países en Latinoamérica. Se espera, además, que haya contribuido en la consolidación de redes interregionales de académicos latinoamericanos.

En esta obra, se abordan varios aspectos de la modelación espacial para el análisis de procesos medioambientales. En el primer capítulo, H. Reyes Hernández y colaboradores evalúan el proceso de recuperación de las áreas forestales en un ejido de la región huasteca del Estado de San Luis Potosí (México) e identifican las principales acciones emprendidas por los ejidatarios en pro de la conservación de los bosques.

Los dos capítulos siguientes describen modelos de deforestación. En el capítulo dos, J. J. González y colaboradores presentan un modelo espacial de deforestación a través del análisis histórico de los patrones de deforestación, la identificación de las principales causas de este proceso y su proyección espacial en el bioma amazónico colombiano. En la capítulo tres, L. F. Gómez Ossa y V. Botero Fernández comparan dos tipos de redes neuronales artificiales —retropropagación y propagación resiliente— para modelar procesos de deforestación en el nordeste de Colombia.

Los dos capítulos que siguen describen modelos basados en escenarios. En el capítulo cuatro, A. V. Mendoza Ponce y colaboradores identifican las áreas más vulnerables a los cambios de cubierta y uso del suelo tomando en cuenta diferentes escenarios socioeconómicos y de cambio climático para todo el territorio mexicano. En el capítulo cinco, S. G. Martínez Rodríguez y colaboradores realizan simulaciones prospectivas basadas en escenarios sobre políticas agropecuarias en diez municipios de la Cuenca Baja del Río Ayuquila en el Estado de Jalisco, México.

En los tres capítulos finales, los autores modelan algunas de las consecuencias de los cambios de cubierta del suelo. En el capítulo seis, L. A. Chang-Martínez y J.-F. Mas modelan la degradación del paisaje en un sistema agrícola Roza-Tumba-Quema con diferentes densidades poblacionales. En el capítulo siete, R. O. Corona Núñez y R. López Martínez cuantifican las pérdidas netas de carbono forestal con base en la comparación de los almacenes de carbono potencial y mapas de biomasa actual en la costa de Oaxaca, México. Finalmente, en el capítulo ocho, M. Farfán y colaboradores proponen un índice de aptitud de hábitat basado en lógica difusa para evaluar los impactos de la actividad antrópica sobre la distribución potencial de dos especies de felinos en la región de la Reserva de la Biosfera Sierra de Manantlán en México.

Agradezco a los revisores que me asesoraron durante el proceso de evaluación y que se enlistan a continuación. Su labor es la mejor garantía de calidad en la selección y la mejora de los manuscritos originales. Agradezco también al Fondo Sectorial de Investigación para la Educación SEP-CONACYT[1] por el apoyo para la realización del proyecto y de este libro.

Dra. María Teresa Camacho Olmedo, Departamento de Análisis Geográfico Regional y Geografía Física, Universidad de Granada, Granada, España.

Dr. Miguel Ángel Castillo Santiago, El Colegio de la Frontera Sur, San Cristóbal de las Casas, México.

Dr. Camilo Andrés Correa Ayram, Programa Gestión Territorial de la Biodiversidad, Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt, Bogotá, Colombia.

M. en G. Gabriela Cuevas García, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, Morelia, México.

Ing. Emilio de los Ríos Ibarra, consultor independiente en materia de energía de biomasa y manejo de residuos orgánicos, profesor de asignatura en la Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Sisal, Mérida, Yucatán.

Dr. João Roberto dos Santos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, Brasil.

Dr. Juan Manuel Dupuy Rada, Unidad de Recursos Naturales, Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C., Mérida, México.

Dr. Gerardo Hernández Cendejas, Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Morelia, Universidad Nacional Autónoma de México, Morelia, México.

Dr. Nicolas Maestripieri, Laboratoire GEODE, Université Jean Jaurès, Francia.

Dra. Daniela Manuschevich, Centro de Investigación en Recursos Naturales y Sustentabilidad, Universidad Bernardo O’Higgins, Santiago, Chile.

Dra. Susana Ochoa Gaona, El Colegio de la Frontera Sur, Campeche, México.

Dr. Martin Paegelow, Département de Géographie, Aménagement et Environnement, Université Jean Jaurès, Toulouse, Francia.

Dr. Nicolas Picard, Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, Roma, Italia.

Dr. Alexis Herminio Plasencia Vázquez. Centro de Investigaciones Históricas y Sociales (CIHS), Universidad Autónoma de Campeche (UAC), San Francisco de Campeche, México.

Dra. Hind Taud, Centro de Inovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México.

Finalmente, cabe mencionar que este libro existe también en formato impreso y que material adicional se encuentra en la página http://www.ciga.unam.mx/wrappers/proyectoActual/modelacione/libro.html.

Jean-François Mas

Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental

Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

1. Procesos de recuperación y restauración del bosque de niebla en la RPC Xilitla, San Luis Potosí, México

Humberto Reyes Hernández,[*] Sandra A. Montoya Gandarillas,[*] Dioselina E. Torres García,[*] Erika Galarza Rincón,[†] Alejandro Duran Fernández[‡] y Francisco Javier Sahagún Sánchez[**]

Resumen

El ejido Coronel José Castillo, situado en la Región Prioritaria para la Conservación Xilitla, muestra un claro proceso de recuperación de sus áreas arboladas, destacando el bosque con dominancia de Liquidambar el cual tuvo una recuperación de 178 ha entre 1995 y 2014, mientras que las áreas reforestadas crecieron en 161 ha en el mismo periodo. En total 339 ha de cobertura arbórea fueron recuperadas en los últimos 20 años. Durante el periodo 2007-2014 la deforestación del bosque fue inferior a ocho ha. Las principales acciones emprendidas por los ejidatarios para lograr estos resultados en la conservación y recuperación del bosque destacan la vigilancia del bosque a partir de 1990, la exclusión del ganado, el saneamiento del bosque y la reforestación. Aunque los pobladores reconocen los servicios ambientales que los bosques proveen y tienen acceso a diferentes apoyos oficiales, éstos son aún insuficientes y hasta el momento no han logrado impactar en el bienestar de la población. En total 57 sitios requieren medidas de restauración, la mayoría de ellos situados en las áreas parceladas, con antecedentes de reforestación o terrenos en descanso.

Palabras clave: Bosque de niebla, restauración, Xilitla, Liquidambar, Región Prioritaria.

Abstract

Ejido Colonel Jose Castillo, located at the Xilitla Conservation Priority Region, shows recovery wooded areas, highlighting forest with dominated by Liquidambar which recovered 178 hectares between 1995 and 2014 and the reforested areas grew 161 ha. In total an amount of 339 ha of wood cover has recovered. During the period 2007-2014 less than 8 ha were deforested. The main actions undertaken by the ejidatarios to achieve these results, include monitoring forest since 1990, exclusion of livestock, forest sanitation and reforestation. Although the environmental services proved by forests are recognized by the people, and have access to different government support, are not enough, so far have not made an impact on the welfare of the population. In total 57 sites for restoration were identified, most of them located in reforested labor areas or under fallow.

Keywords: Cloud forest, restoration, Xilitla, Liquidambar, Priority Region.

Introducción

El estado de San Luis Potosí y particularmente la región fisiográfica de la Sierra Madre Oriental, donde confluyen las regiones Neártica y Neotropical y un número importante de especies animales y vegetales de ambos orígenes (Loa Loza et al., 2009), evidencia durante las últimas décadas intensos procesos de deforestación y cambio de uso de suelo por la demanda de apertura de nuevas áreas para uso agrícola y pecuario, incendios, construcción de obras y proyectos de infraestructura social, etc., lo que ha conducido a la fragmentación y desaparición de sus ecosistemas (Reyes et al., 2014). Datos recientes indican que en la región de la Sierra Madre Oriental más de 36,200 ha de vegetación arbórea fueron deforestadas entre 1989 y 2005. Los escenarios a futuro indican que para el año 2025 se habrán deforestado 8,300 ha de matorrales, 30,440 ha de selvas y 10,340 de bosques (Sahagún-Sánchez et al., 2011).

Uno de los ecosistemas más valiosos localizados en esta región es el bosque de niebla o mesófilo de montaña, cuyas características únicas lo convierten en un espacio que permite la convivencia de especies vegetales pertenecientes a zonas tropicales junto con especies típicas de climas templados. Estos bosques se consideran los sitios más biodiversos, en relación con el área que ocupan y en comparación con otros tipos de vegetación (Challenger, 1998). Aunque se distribuyen sólo en el 0.87% del territorio nacional, alberga unas 2,500 especies de plantas, que representan entre el 10 y el 12% de todas las especies estimadas para México (Challenger, 2003; Puig, 2005; Williams-Linera, 2007).

En el estado de San Luis Potosí dicho ecosistema se distribuye en la porción de barlovento de la Sierra Madre Oriental, entre las selvas altas perennifolias y subperennifolias y los bosques de coníferas y de Quercus y donde se presentan las condiciones de mayor humedad y temperatura (Puig, 2005). Aunque son escasos los trabajos sobre este ecosistema en particular para el estado de San Luis Potosí, Leija et al. (2011), documentaron la existencia de al menos ocho relictos de bosque, cuya superficie en conjunto sumaba 3,239 ha en 2007 y se estima han perdido en los últimos 34 años más de 2,860 ha. Específicamente, el relicto de La Silleta, ubicado en la Región Prioritaria para la Conservación (RPC), Xilitla, tuvo la más alta tasa de deforestación de los ocho relictos existentes en el estado perdiendo 751 ha entre 1973 y 2007. Ante tal panorama sus habitantes implementaron una serie de acciones para el manejo y protección del bosque como la designación de lugares para la explotación de madera de forma controlada, de zonas de recuperación y establecimiento de una zona comunal o de reserva (Errejón, 2009).

Si bien, la mayoría de los relictos con bosque de niebla y otros ecosistemas forestales de importancia ecológica ubicados en la RPC, experimentan desde hace al menos tres décadas procesos de deforestación que han alterado, fragmentado y trasformado estos ecosistemas en áreas agrícolas y pecuarias, algunas iniciativas locales han logrado frenar y en algunos casos, revertir su pérdida. Por ello, resulta imprescindible documentar y analizar la dinámica de los cambios en los usos de la tierra y la transformación de estos ecosistemas forestales prioritarios para su conservación. El objetivo de este trabajo es analizar la dinámica espacial y temporal del bosque de niebla y definir acciones que permitan fortalecer la participación local para su manejo y restauración en la RPC Xilitla.

Área de estudio

La RPC Xilitla se ubica sobre la Sierra Madre Oriental entre las coordenadas 98°59’ LW y 21°23’ LN, ocupa una superficie de 22.9 km² de paisaje dominado por un relieve montañoso, con altitudes que van de los 600 a los 1,200 m. En la zona de barlovento de la Sierra Madre Oriental en un gradiente altitudinal que va de los 800 hasta los 1,800 m, se localiza el ejido Coronel José Castillo, el cual está dividido en cinco comunidades: Rancho Nuevo, Las Joyas, La Tinaja, La Silleta y La Mojonera (Figura 1). Cuenta con una superficie de 3,038 ha, de las cuales 1,197 corresponden a áreas de uso común, 1,831 a áreas parceladas y cinco a asentamientos humanos.

Métodos

Para cumplir con el objetivo planteado como primer paso se elaboraran mapas de la cubierta vegetal y usos de la tierra de los años 1995, 2007 y 2014, obtenidos a partir de la interpretación de dos imágenes de satélite SPOT de 10 metros de resolución espacial de 2007 y 2014, así como una ortofoto digital de 1995. Como primer paso la imagen de 2014 fue analizada y clasificada mediante los métodos de clasificación supervisada y no supervisada en el software ENVI 4.8. Para determinar la respuesta espectral de los elementos presentes en las imágenes de satélite, se realizó la delimitación de campos de entrenamiento correspondientes a los diferentes tipos de cubierta vegetal y usos de la tierra como son: bosque con dominancia de Liquidambar, bosque con dominancia de pino, bosque de pino-encino, vegetación secundaria leñosa, áreas de agricultura y ganadería, áreas recuperadas o reforestadas, asentamientos humanos y vías de comunicación.

Los campos de entrenamiento fueron digitalizados sobre el monitor de la computadora en compuestos en falso color de las imágenes SPOT ( 432). Esta combinación de bandas (infrarroja, roja y verde) resalta el vigor de la vegetación, permite contrastar los fragmentos de vegetación de bosque, su vigor con diferentes tonalidades de rojo. En tanto que el color azul se relaciona con las zonas de agricultura, ganadería y zonas sin cobertura vegetal, que se diferencian por su forma geométrica regular (Lilesand et al., 2004). Dichos campos fueron utilizados para realizar la clasificación de la imagen a través de un algoritmo de máxima verosimilitud en los SIG anteriormente señalados.

La clasificación de la imagen de 2014 en formato ráster fue transformado a un formato vectorial y sobrepuesto en la imagen satelital en el software ArcGIS 10.3, donde se analizó la correspondencia entre las diferentes clases y las tonalidades, formas y texturas presentes en la imagen. Los polígonos de las áreas erróneamente clasificadas o que no correspondían con la realidad, fueron verificadas directamente en campo y georeferenciadas con un GPS. Para ello se realizaron seis recorridos de campo donde se verificaron 340 sitios en toda la zona de estudio. Durante los recorridos se corroboraron las cubiertas vegetales, las condiciones físicas del terreno y los usos de la tierra asociados a estas condiciones físicas.

A partir de la información obtenida en campo y del conocimiento previo de la zona de estudio, se corrigieron los errores derivados de la clasificación mediante la edición y reasignación de la clase correcta a los polígonos correspondientes.

Una vez corregida y verificada la confiabilidad de la clasificación de la imagen de satélite de 2014, se procedió a realizar la clasificación de las imágenes de los años previos. Para ello se siguió el método propuesto por Mas (2005), el cual permite disminuir los errores en la clasificación, delimitación y etiquetado de los polígonos asociados a falsos cambios en los mapas derivados clasificaciones multitemporales. Consiste en sobreponer la capa digital de los polígonos de la cubierta vegetal y usos de la tierra de la fecha más actual, sobre imágenes satelitales o fotografías aéreas más antiguas.

La capa vectorial de la clasificación de 2014 fue sobrepuesta sobre la imagen de 2007 y posteriormente sobre la ortofoto de 1995. A partir del análisis visual, directamente sobre el monitor, se procedió a clasificar, reetiquetar y delimitar los polígonos donde no había correspondencia entre la clasificación y los usos de la tierra y cubierta vegetal observados en la imagen. Dicho procedimiento se realizó en el software ArcGIS 10.3, de esta manera se obtuvieron los mapas de los usos de la tierra y la cubierta vegetal de los años 2014, 2007 y 1995.

La localización y cuantificación de las áreas deforestadas y superficies que cambiaron de uso se realizó a través de la comparación de los mapas de cubierta vegetal y usos de la tierra de los diferentes periodos de estudio (2014-2007, 2007-1995 y 2014-1995), por medio de una sobreposición cartográfica y una tabulación cruzada. De esta manera, se generaron los mapas y tablas de cambio para cada periodo de estudio e identificaron las superficies con cambios y las que no lo tuvieron. Finalmente, fueron elaborados los mapas de las áreas deforestadas, recuperadas, reforestadas y cuantificada su respectiva superficie.

Las metodologías participativas, son herramientas que pueden ayudar a descifrar las razones por la cuales los poseedores de los recursos deciden o no deforestar sus bosques y selvas y delinear acciones para su protección (Herlihy et al., 2008; Herlihy & Knapp, 2003). Estas metodologías se basan en la participación activa de los habitantes locales y se componen de actividades como dinámicas de grupo, sociodramas, dibujos, mapas y cualquier otro medio que genere la participación, el análisis y la reflexión de los participantes, buscando que las comunidades realicen su propio diagnóstico, planeación y logren su desarrollo. Se considera que la integración del conocimiento local y científico provee un mejor entendimiento de la complejidad y dinámica de los sistemas socio-ecológicos y de sus procesos (Pinos-Rodríguez et al., 2013; Reed, 2008; Reyes et al., 2013).

En este trabajo la metodología empleada incluyó la realización de talleres de evaluación participativa, recorridos de campo, aplicación de entrevistas semi-estructuradas, observación participante e investigación histórico-documental, además de incorporar una perspectiva interdisciplinaria. Para ello, se realizaron en total cinco talleres de evaluación participativa, discusiones grupales y observación participante con los habitantes con un total de asistentes a los talleres de 220 personas. La cartografía e información generada previamente permitió analizar de manera conjunta con los pobladores, los efectos de las actividades de conservación implementadas, además de definir de manera participativa los sitios prioritarios para su posterior restauración.

Resultados

Los datos derivados del análisis espacio-temporal indican, contrario a la hipótesis inicialmente planteada, que el ejido Coronel José Castillo, tuvo una significativa recuperación en su cobertura arbórea entre 1995 y 2014. Destaca particularmente, el bosque con dominancia de Liquidambar styracyflua (copalillo, sahumerio) el cual amplió su superficie y cobertura forestal en más